Planck et la naissance de l'univers

[invite3f261986]

Bonjour à tous,

Une question m’obsède à propos de la photo du satellite Planck représentant les premiers temps de l"univers. N'étant en aucune façon un spécialiste, je me tourne vers vous tous qui en êtes.

Cette photo montre l'univers 380 000 ans après sa création, donc l'embryon de notre terre est sur cette photo, donc là bas. Or comment pouvons nous être à ce point et ici, aurions-nous voyager plus vite que la lumière pour pouvoir prendre cette photo de notre naissance. Entre ce point zéro et la position actuelle de la terre, ou de notre galaxie, il serait donc possible de "voir" son évolution ?

En vous remerciant de vos éclaircissements,

Bruno
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[Gilgamesh]

Bonjour à tous,

Une question m’obsède à propos de la photo du satellite Planck représentant les premiers temps de l"univers. N'étant en aucune façon un spécialiste, je me tourne vers vous tous qui en êtes.

Cette photo montre l'univers 380 000 ans après sa création, donc l'embryon de notre terre est sur cette photo, donc là bas.

Absolument pas, non.

Ce que l'on voit c'est la région sphérique de l'univers dont la lumière a mis 13,7 milliards d'années pour arriver. C'est la première et dernière fois qu'elle est visible à nos yeux. Dans 1 an, ce sera une région située au delà et dont la lumière aura mis une année de plus pour nous parvenir.

Aujourd'hui l'apparence de cette région sphérique est semblable à l'univers qui nous entoure, muni de galaxies, d'étoiles et fr tout le toutim.

S'il existe là bas une équipe de scientifiques extra terrestre munie d'un satellite micro-onde ils sont en train de s'extasier comme nous sur un fond du ciel tout à fait semblable à ce que nous livre Planck, et sur lequel l'endroit que nous occupons est remplis par le même gaz chaud primordial à 3000 K en train d'émettre en infra rouge (émis d'ici à 1 micron il y 13,7 milliards d'années et reçu là bas aujourd'hui à 1 mm).

[Paminode]

Ce que l'on voit c'est la région sphérique de l'univers dont la lumière a mis 13,7 milliards d'années pour arriver. C'est la première et dernière fois qu'elle est visible à nos yeux. Dans 1 an, ce sera une région située au delà, dont la lumière a mis une année de plus pour nous parvenir.

Bonjour Gilgamesh,

Plusieurs questions m'intriguent concernant le lien entre la 2dimensionnalité de cette image plane et la 3dimensionnalité de l'espace analysé, faisant intervenir en particulier un aspect temporel.

* Si je me réfère à ce que vous avez écrit ci-dessus, cela signifierait-il que cette image ne serait pas "stable" dans le temps ?
Si Planck recommençait son balayage de l'espace dans un an ou dans un siècle, obtiendrait-il la même image, ou de subtiles variations apparaîtraient-elles, dues au fait qu'il recueillerait des photons venus de régions alors plus lointaines d'une ou cent années-lumière ?

* Dans le même ordre d'idée vous mentionnez une "région sphérique de l'univers". Mais cette région est-elle parfaitement sphérique ? En effet, le balayage de l'espace par Planck a duré 14 mois, donc les photons de la dernière zone photographiée par Planck n'ont-ils parcouru une distance plus longue de 14 mois-lumière que ceux de la première zone, ce qui en toute rigueur déformerait - de manière infinitésimale, certes - la région photographiée par Planck par rapport à une sphère parfaite ?

* On présente cette image donnée par Planck comme une photographie du "moment" où lumière et matière se sont découplées.
Mais s'agit-il vraiment d'un seul "moment" ?
Ce découplage a-t-il eu lieu partout "à la fois", ou s'est-il produit à des laps de temps différents selon les régions ?
S c'est le cas, peut-on alors évaluer la durée sur laquelle le phénomène entier se serait étalé ?

Merci pour vos éclaircissements.

[Paminode]

Cette photo montre l'univers 380 000 ans après sa création, donc l'embryon de notre terre est sur cette photo, donc là bas. Or comment pouvons nous être à ce point et ici, aurions-nous voyager plus vite que la lumière pour pouvoir prendre cette photo de notre naissance.

Comme l'a écrit Gilgamesh, cette image ne montre pas l'univers dans son entièreté, mais une région de l'univers centrée sur la Terre. Elle montre des parties lointaines de l'univers telles qu'elles étaient il y a environ 13,4 milliards d'années. L'embryon de la Terre, comme vous l'appelez, n'était pas "là-bas", et n'est précisément pas sur cette image, pas plus que, quand vous regardez un paysage autour de vous, vous ne pouvez vous apercevoir vous-même quelque part, au loin, dans le paysage. La Terre n'a pas eu à voyager depuis un "ailleurs".

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Plusieurs questions m'intriguent concernant le lien entre la 2dimensionnalité de cette image plane et la 3dimensionnalité de l'espace analysé, faisant intervenir en particulier un aspect temporel.

* Si je me réfère à ce que vous avez écrit ci-dessus, cela signifierait-il que cette image ne serait pas "stable" dans le temps ?
Si Planck recommençait son balayage de l'espace dans un an ou dans un siècle, obtiendrait-il la même image, ou de subtiles variations apparaîtraient-elles, dues au fait qu'il recueillerait des photons venus de régions alors plus lointaines d'une ou cent années-lumière ?

Oui et non. Chaque pixel de l'image correspond à une région gigantesque, des milliers d'années-lumière. Pour voir un changement il faudrait un temps considérable.

Idem pour les autres questions. Sauf les dernières.

Gligamesh en dira sûrement plus mais il me semble que la période de découplage a eut une certaine durée, et en particulier il varie un peu d'un point à l'autre, à cause des petites différences de température observée (le découplage s'effectuant à une température précise).

[Paminode]

Merci Didier, une fois de plus !

[Amanuensis]

écrit ci-dessus, cela signifierait-il que cette image ne serait pas "stable" dans le temps ?
Si Planck recommençait son balayage de l'espace dans un an ou dans un siècle, obtiendrait-il la même image, ou de subtiles variations apparaîtraient-elles, dues au fait qu'il recueillerait des photons venus de régions alors plus lointaines d'une ou cent années-lumière ?

Second cas, subtiles variations. En principe. À vérifier si la précision est suffisante pour un an, un siècle... (D'après Deedee, non. Du moins pas avec les instruments actuels...)

* Dans le même ordre d'idée vous mentionnez une "région sphérique de l'univers". Mais cette région est-elle parfaitement sphérique ? En effet, le balayage de l'espace par Planck a duré 14 mois, donc les photons de la dernière zone photographiée par Planck n'ont-ils parcouru une distance plus longue de 14 mois-lumière que ceux de la première zone, ce qui en toute rigueur déformerait - de manière infinitésimale, certes - la région photographiée par Planck par rapport à une sphère parfaite ?

On est en train de parler de quelque chose de 14 milliards d'années-lumière de "rayon" (à un certain sens). Alors 14 mois-lumière...

Et la notion de sphère parfaite demanderait de placer tout cela dans une géométrie euclidienne, ce qui n'est pas compatible avec la relativité générale.

* On présente cette image donnée par Planck comme une photographie du "moment" où lumière et matière se sont découplées.
Mais s'agit-il vraiment d'un seul "moment" ?

Non, pas au sens où cela se serait passer en moins d'une seconde...

Ce découplage a-t-il eu lieu partout "à la fois", ou s'est-il produit à des laps de temps différents selon les régions ?

Les inhomogénéités que l'on observe sont entre autres en relation avec ce genre de petites variations.

Par ailleurs, "en même temps" n'a pas de sens bien clair en relativité générale.

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On peut comparer cette "surface" à celle du Soleil (c'est le même phénomène de découplage lumière/matière). Cela a une certain épaisseur, des irrégularités, etc.

[Paminode]

Merci à tous les deux.

[Deedee81]

Un détail quand même.

Planck nous montre une image des fluctuations du CMB sur une très large échelle, depuis les petits détails jusqu'au grand.

Mais on pourrait se demander s'il n'y a pas des fluctuations encore plus petites. Invisibles sur une telle image mais qui impliquerait des variations sur de courtes échelles de temps, lors de la mesure ou entre WMAP et Planck, par exemple.

Non, pour trois raisons :
- Sur la courbe de ces fluctuations venant de l'actualité Futura : http://www.futura-sciences.com/uploa...835_54f2a4.jpg relevées par Planck, on voit clairement qu'à toutes petites échelle (droite du graphique) il n'y a presque pas de fluctuations. On peut donc extrapoler à des fluctuations encore plus petites.
- La théorie dit que le spectre des fluctuations (issues de l'inflation) doit être un "spectre en puissance", ce qui est bien observé (ce sont les écarts qui sont les plus intéressants) et là aussi ce spectre est d'autant plus lisse que les échelles sont plus petites
- Enfin, il suffit de comparer WMAP et Planck pour voir qu'il n'y a pas eut de changements (autres que de meilleurs détails vu par Planck)

[Gilgamesh]

Bonjour Gilgamesh,

Plusieurs questions m'intriguent concernant le lien entre la 2dimensionnalité de cette image plane et la 3dimensionnalité de l'espace analysé, faisant intervenir en particulier un aspect temporel.

* Si je me réfère à ce que vous avez écrit ci-dessus, cela signifierait-il que cette image ne serait pas "stable" dans le temps ?Si Planck recommençait son balayage de l'espace dans un an ou dans un siècle, obtiendrait-il la même image, ou de subtiles variations apparaîtraient-elles, dues au fait qu'il recueillerait des photons venus de régions alors plus lointaines d'une ou cent années-lumière ?

En effet. Mais à l'échelle humaine c'est carrément insensible.

* Dans le même ordre d'idée vous mentionnez une "région sphérique de l'univers". Mais cette région est-elle parfaitement sphérique ? En effet, le balayage de l'espace par Planck a duré 14 mois, donc les photons de la dernière zone photographiée par Planck n'ont-ils parcouru une distance plus longue de 14 mois-lumière que ceux de la première zone, ce qui en toute rigueur déformerait - de manière infinitésimale, certes - la région photographiée par Planck par rapport à une sphère parfaite ?

Amanuensis y a répondu.

Y'a des fois quand même, il faut penser à épargner les diptères.

* On présente cette image donnée par Planck comme une photographie du "moment" où lumière et matière se sont découplées.
Mais s'agit-il vraiment d'un seul "moment" ?
Ce découplage a-t-il eu lieu partout "à la fois", ou s'est-il produit à des laps de temps différents selon les régions ?
S c'est le cas, peut-on alors évaluer la durée sur laquelle le phénomène entier se serait étalé ?
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En effet, la recombinaison est rapide mais elle n’est pas instantanée : le phénomène s'étale sur une centaine de milliers d'année et la "surface de dernière diffusion" possède une épaisseur (Delta_z~200).

[Amanuensis]

la "surface de dernière diffusion" possède une épaisseur (Delta_z~200).

Tant que ça ? Et cela ne déforme pas le spectre d'émission ?

[Gilgamesh]

Tant que ça ? Et cela ne déforme pas le spectre d'émission ?

Oui, c'est beaucoup. Mais de ce que j'ai pu en lire, ça ne brouille le signal que pour des harmoniques sphérique l>2300 (donc pour les toutes petites tâches)

Ci après la fonction de visibilité définie comme la probabilité qu’un photon donné ait été diffusé pour la dernière fois au temps t (ou z, ou à une distance D)

[Amanuensis]

Je pensais au respect du spectre du corps noir. J'ai réalisé ensuite que l'émission plus tardive se fait à température d'Univers un peu plus froide et est reçue un peu moins décalée vers les basses fréquences. Cela se compense correctement ? Expansion à taux constant ?

[Gilgamesh]

Je pensais au respect du spectre du corps noir. J'ai réalisé ensuite que l'émission plus tardive se fait à température d'Univers un peu plus froide et est reçue un peu moins décalée vers les basses fréquences. Cela se compense correctement ? Expansion à taux constant ?

Constant, non évidemment, mais je pense plutôt à un déplacement d'ensemble du spectre qui fait que le profil émis est celui d'un corps noir qui fait la somme pondéré de toutes les contributions sur l'épaisseur de la coquille de dernière diffusion.

[Gloubiscrapule]

Tant que ça ? Et cela ne déforme pas le spectre d'émission ?

C'est autre chose mais les zones plus denses, donc plus chaudes se découplent plus tard, ce qui engendre une fluctuation. Cela fait partie des 3 types de fluctuations cosmologiques avec l'effet Doppler (mouvement du plasma) et le redshift gravitationnel (zones plus denses).

Ceci dit j'aimerais bien savoir pourquoi seules les petites échelles sont affectées par l'épaisseur de la surface de dernière diffusion.

[Gilgamesh]

Je recopie juste ce que j'ai lu :



Figure 3:
Intensité des fluctuations, en fonction du multipôle l (les fluctuations de température Delta T/T (theta, phi) sont habituellement décomposées en harmoniques sphériques Ylm(theta, phi). Les grandes valeurs de l correspondent aux hautes fréquences spatiales, soit aux petites échelles angulaires, approximativement l ~100°/ theta. Les séparations angulaires theta représentent une taille sur la dernière surface de diffusion (correspondant au redshift z~1000), qui correspondent à des tailles aujourd'hui agrandies d'un facteur 1000 par l'expansion, soit environ 200 Mpc par degrés. Ainsi les fluctuations de densité qui ont donné naissance aux galaxies (1 Mpc) correspondent à des échelles angulaires de 0.3 minute, celles des amas de galaxies (20 Mpc) de 6 minutes d'arc.


Dans la courbe de la Figure 3, le plateau à grande échelle ( l < 100) correspond à des oscillations de période plus grande que l'âge de l'Univers à l'époque de la recombinaison (ou des longueurs d'onde supérieures à l'horizon); si le spectre de fluctuations est invariant d'échelle, comme le prédisent les théories de l'inflation, alors la courbe est effectivement plate. Les observations de COBE ont permis de donner la hauteur du plateau. Entre 100 < l < 1000, les oscillations du fluide baryons-photons ont le temps de se produire. Les fluctuations de densité s'accompagnent de compression/raréfaction et de vitesses maximales/minimales du fluide et la température du CMB varie par effet Doppler, aussi ces pics sont appelés les pics Doppler. Enfin aux très petites échelles (l > 2500) les oscillations sont amorties car la surface de dernière diffusion a une certaine épaisseur. En fait la recombinaison de l'Univers n'est pas instantanée, mais s'étale dans le temps, et l'on moyenne sur la ligne de visée plusieurs surfaces, et les différents signaux sinusoïdaux s'annulent mutuellement.

source